СМАЗОЧНАЯ СИСТЕМА С РАСХОДОМЕРНОЙ ДИАФРАГМОЙ ДЛЯ ПОДШИПНИКОВ Российский патент 2019 года по МПК F04D29/06 F04D29/46 F04D29/41 F04D13/06 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[001] Настоящее изобретение относится, в целом, к области техники, связанной с насосными установками и, более конкретно, к усовершенствованной смазочной системе для компонентов подшипников в подшипниковой камере.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[002] Горизонтальные насосные установки используют в различных отраслях промышленности с различными целями. Например, в нефтегазовой промышленности горизонтальные насосные установки используют для перекачивания текучих сред, таких как вода, отделенная от нефти, к удаленному на расстояние месту назначения, такому как резервуар или скважина для сброса промысловых сточных вод. Обычно эти горизонтальные насосные установки содержат насос, двигатель и всасывающую камеру, расположенную между насосом и двигателем. Между двигателем и всасывающей камерой также расположена подшипниковая камера.

[003] Во время эксплуатации насос прикладывает осевое усилие, передаваемое вдоль вала к подшипниковой камере. Подшипниковая камера противодействует осевому усилию, создаваемому насосом, и ограничивает осевое смещение вала. Подшипниковая камера содержит упорный подшипник, который может содержать в сборе как упорный диск, присоединенный к вращающемуся валу, так и закрепленную упорную колодку. Вращающийся упорный диск прижимается к упорной колодке, чтобы снять нагрузку, обусловленную осевым усилием, создаваемым насосом. Упорный подшипник в типичном случае является гидродинамическим подшипником, поддерживаемым при работе слоем жидкостной смазки, находящимся между упорным диском и закрепленной упорной колодкой.

[004] Подшипниковая камера также может содержать один или более шарикоподшипников, используемых для поддержания вала подшипниковой камеры. В существующих установках эти шарикоподшипники заливают той же самой жидкостной смазкой, которую используют для поддержания в работоспособном состоянии гидродинамического упорного подшипника. Однако было установлено, что погружение шарикоподшипников с возникновением их затопления может уменьшить фактический срок службы шарикоподшипников. Следовательно, существует потребность в смазочной системе, расположенной внутри подшипниковой камеры, поддерживающей оптимальный уровень смазки как для гидродинамического подшипника, так и для шарикоподшипников. Именно на эти и другие несовершенства предшествующего уровня техники нацелены предпочтительные варианты выполнения.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[005] В предпочтительном варианте выполнения настоящее изобретение содержит устройство для регулирования осевого усилия, предназначенное для использования в горизонтальной насосной установке. Указанное устройство содержит подшипниковую камеру, заполненную жидкостной смазкой, упорный подшипник, содержащийся внутри подшипниковой камеры, камеру первого радиального подшипника, первый радиальный подшипник, содержащийся внутри камеры для первого радиального подшипника, и первый дозирующий узел. Первый дозирующий узел обеспечивает регулирование потока смазки, проходящего из подшипниковой камеры к камере первого радиального подшипника.

[006] В другом аспекте предпочтительные варианты выполнения содержат горизонтальную насосную установку, содержащую двигатель, насос, приводимый в действие двигателем, и устройство для регулирования осевого усилия, присоединенное между двигателем и насосом. Указанное устройство содержит подшипниковую камеру, заполненную жидкостной смазкой, упорный подшипник, содержащийся внутри подшипниковой камеры, камеру первого радиального подшипника и первый радиальный подшипник, содержащийся внутри камеры первого радиального подшипника. Указанное устройство также содержит первый дозирующий узел, регулирующий поток смазки, проходящий из подшипниковой камеры к камере первого радиального подшипника.

[007] В еще одном аспекте предпочтительные варианты выполнения содержат циркуляционную смазочную систему, предназначенную для использования в устройстве для регулирования осевого усилия в горизонтальной насосной установке. Циркуляционная смазочная система содержит подшипниковую камеру, расположенную внутри указанного устройства и заполненную жидкостной смазкой, упорный подшипник, расположенный внутри подшипниковой камеры, камеру первого радиального подшипника, расположенную внутри указанного устройства для регулирования осевого усилия, и первый радиальный подшипник, расположенный внутри камеры первого радиального подшипника. Циркуляционная смазочная система дополнительно содержит первый дозирующий узел, расположенный между подшипниковой камерой и камерой первого радиального подшипника. Первый дозирующий узел обеспечивает регулирование потока жидкостной смазки, проходящего из подшипниковой камеры к камере первого радиального подшипника.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[008] Фиг. 1 изображает вид сбоку горизонтальной насосной установки, выполненной в соответствии с предпочтительным вариантом выполнения.

[009] Фиг. 2 изображает вид в аксонометрии сбоку подшипниковой камеры горизонтальной насосной установки, показанной на фиг. 1.

[010] Фиг. 3 изображает продольный разрез подшипниковой камеры, показанной на фиг. 2.

[011] Фиг. 4 изображает вид в аксонометрии расходомерной диафрагмы подшипниковой камеры, показанной на фиг. 2.

[012] Фиг. 5 изображает вид со стороны насоса первой расходомерной диафрагмы внутри подшипниковой камеры, показанной на фиг. 2.

[013] Фиг. 6 изображает вид крупным планом в разрезе первой расходомерной диафрагмы и первого шарикоподшипника.

[014] Фиг. 7 изображает вид со стороны двигателя второй расходомерной диафрагмы, расположенной внутри подшипниковой камеры, показанной на фиг. 2.

[015] Фиг. 8 изображает вид в разрезе крупным планом второй расходомерной диафрагмы и второго шарикоподшипника.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[016] В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения, фиг. 1 показывает вид сбоку горизонтальной насосной установки 100. Установка 100 содержит двигатель 102, всасывающую камеру 104, насос 106 и устройство 108 для регулирования осевого усилия. Всасывающая камера 104 присоединена между насосом 106 и устройством 108. Устройство 108 присоединено между всасывающей камерой 104 и двигателем 102. Как правило, двигатель 102 приводит в действие насос 106 с помощью последовательности валов (на фиг. 1 не показанных), проходящих через устройство 108, и всасывающую камеру 104. Перекачиваемые текучие среды направляются к всасывающей камере 104 и подвергаются сжатию с помощью насоса 106. В предпочтительном варианте выполнения насос 106 является центробежным. В особо предпочтительном варианте выполнения насос 106 является многоступенчатым центробежным насосом.

[017] Обратимся теперь к фиг. 2, на котором показан вид в аксонометрии устройства 108, выполненного в соответствии с предпочтительным в настоящее время вариантом выполнения. Устройство 108 содержит первый корпус 110, второй корпус 112 и вал 114 подшипниковой камеры. Вал 114 выполнен с возможностью передачи вращающего момента от двигателя 102 к короткому валу (не показанному), проходящему во всасывающую камеру 104. Первый и второй корпусы 110, 112 выполнены с возможностью совместного закрепления посредством крепежных элементов 116. Первый и второй корпусы 110, 112 совместно содержат внутренние компоненты устройства 108.

[018] Обратимся к фиг. 3, на котором показан вид в разрезе устройства 108. Устройство 108 содержит внутреннюю подшипниковую камеру 118 и упорный подшипник 120, содержащийся внутри камеры 118. Устройство 108 также содержит внутренние камеры 122а и 122b первого и второго радиальных подшипников и первый и второй радиальные подшипники 124а, 124b, которые, соответственно, содержатся внутри камер 122а и 122b. Радиальные подшипники 124а, 124b предпочтительно расположены на противоположных сторонах упорного подшипника 120 и поддерживают в радиальном направлении вал 114 для ограничения его бокового смещения.

[019] Упорный подшипник 120 предпочтительно содержит вращающийся упорный диск 126, присоединенный к валу 114, и закрепленный осевой подшипник 128, присоединенный внутри первого корпуса 110. Осевой подшипник 128 предпочтительно содержит ряд упорных колодок 130, выполненных с возможностью контакта с упорным диском 126. В собранном состоянии упорный диск 126 размещен в непосредственной близости от упорных колодок 130. В предпочтительных вариантах выполнения упорный подшипник 120 является гидродинамическим подшипником, который в оптимальном случае содержит некоторое количество текучей среды, находящейся между упорными колодками 130 и упорным диском 126.

[020] Как лучше всего проиллюстрировано на видах крупным планом в разрезе на фиг. 6 и 8, как первый 124а, так и второй 124b радиальный подшипник содержит неподвижное наружное кольцо 132 с канавкой качения, находящееся в контакте с внутренней стенкой соответствующих камер 122а и 122b для радиальных подшипников. Первый и второй радиальные подшипники 124а, 124b также содержат вращающееся внутреннее кольцо 134 с канавкой качения, присоединенное к валу 114, и шарики 136, удерживаемые между внутренним кольцом 134 и наружным кольцом 132.

[021] Первый и второй радиальные подшипники 124а, 124b, предпочтительно каждый из них, содержат, соответственно, пружины 138а, 138b, прикладывающие в продольном направлении усилие к подшипникам 124а, 124b. Пружины 138а, 138b поддерживают продольное выравнивание внутреннего и наружного колец 134, 132 и обеспечивают компенсацию незначительного осевого перемещения вала 114.

[022] Обратимся снова к фиг. 3, на котором показано, что устройство 108 содержит циркуляционную смазочную систему 140, содержащую отверстие 142 для возврата смазки упорного подшипника, отверстие 144 для впрыскивания смазки, дренажный канал 146а первого радиального подшипника и дренажный канал 146b второго радиального подшипника, первый и второй дозирующие узлы 148а, 148b и первое и второе уплотнения 150а, 150b вала.

[023] Как правило, смазку нагнетают под давлением к устройству 108 из внешнего источника (не показанного) и вводят в камеру 118 через отверстие 144 для впрыскивания смазки. Смазку внутри камеры 118 выводят через отверстие 142 для возврата смазки, а также через дозирующие узлы 148а, 148b в камеры 122а, 122b первого и второго радиальных подшипников. В предпочтительных вариантах выполнения желательно поддерживать упорный подшипник 120 в затопленном состоянии, в котором камера 118 заполнена жидкостной смазкой. Соответственно, во время нормальных рабочих условий объемный расход смазки, уходящей из камеры 118, не должен превышать объемного расхода смазки, поступающей в камеру 118.

[024] Первый и второй дозирующие узлы 148а, 148b используют для регулирования объема жидкостной смазки, поступающей в камеры 122а, 122b первого и второго радиальных подшипников из камеры 118. Обратимся к фиг. 4, на котором показан вид в аксонометрии первого дозирующего узла 148а. В предпочтительных вариантах выполнения первый и второй дозирующие узлы 148а, 148b содержат расходомерные диафрагмы 152а, 152b, выполненные с возможностью присоединения к валу 114 подшипниковой камеры. Каждая диафрагма 152а, 152b имеет внутреннюю поверхность 156 с диаметром номинально такой же величины, что и наружный диаметр вала 114. Каждая диафрагма 152а, 152b имеет наружную поверхность 158 с диаметром, величина которого выбрана меньше величины внутреннего диаметра соответствующей одной из камер 122а, 122b.

[025] В первом предпочтительном варианте выполнения первая и вторая диафрагмы 152а, 152b конструктивно и по размеру являются одинаковыми. В другом предпочтительном варианте выполнения первая и вторая диафрагмы 152а, 152b конструктивно являются одинаковыми, но имеют различные размеры. Несмотря на то, что первая и вторая диафрагмы 152а, 152b являются предпочтительными, тем не менее, следует понимать, что для регулирования потока смазки в камерах 122а, 122b радиальных подшипников также можно использовать другие дозирующие узлы 148а, 148b. Такие дозирующие узлы 148а, 148b содержат системы из резервуаров и расходомерных сливов.

[026] Обратимся теперь к фиг. 5-8, на которых показано, что различие в диаметрах наружной поверхности 158 диафрагм 152а, 152b и внутренней стенки камер 122а, 122b радиальных подшипников создает кольцеобразный канал 160а, 160b, обеспечивающий возможность прохождения смазки из камеры 118 в камеры 122а, 122b радиальных подшипников. Объем текучей среды, проходящей в камеры 122а, 122b, зависит от площади поперечного сечения соответствующего канала 160а, 160b и перепада давления на дозирующих узлах 148а, 148b.

[027] Регулирование уровня смазки в камерах 122а, 122b радиальных подшипников осуществляют за счет положения дренажных отверстий 162а, 162b каждого из дренажных каналов 146а, 146b первого и второго радиальных подшипников. Как проиллюстрировано на фиг. 6 и 8, жидкостная смазка в камерах 122а, 122b первого и второго радиальных подшипников предпочтительно ограничивается уровнем 164 текучей среды, горизонтально выровненным с дренажными отверстиями 162а, 162b. Любая текучая среда, превышающая уровень 164, удаляется через дренажные каналы 146а, 146b первого и второго радиальных подшипников и возвращается к внешнему источнику смазки под давлением. В особо предпочтительном варианте выполнения уровень 164 текучей среды устанавливают так, что смазка покрывает менее половины самого нижнего шарика 136 в каждом из первого и второго радиальных подшипников 124а, 124b.

[028] Следует понимать, что даже, несмотря на то, что в вышеприведенном описании изложены многочисленные характеристики и преимущества различных вариантов выполнения настоящего изобретения совместно с деталями конструкции и функциями различных вариантов выполнения настоящего изобретения, тем не менее, это описание является лишь иллюстративным, при этом возможно внесение изменений в деталях, особенно в вопросах, касающихся конструкции и расположения ее частей, в пределах основополагающих идей настоящего изобретения, в полной мере отображенных общепринятым значением терминов, в которых изложена прилагаемая формула изобретения. Специалистам должно быть очевидным, что основные идеи настоящего изобретения могут быть применены к другим установками без отклонения от объема правовой охраны и сущности изобретения.

Группа изобретений относится к смазочной системе для компонентов подшипников в подшипниковой камере в горизонтальной насосной установке. Устройство для регулирования осевого усилия, предназначенное для использования в горизонтальной насосной установке, содержит подшипниковую камеру, заполненную жидкостной смазкой, упорный подшипник, содержащийся внутри подшипниковой камеры, камеру первого радиального подшипника, первый радиальный подшипник, содержащийся внутри камеры первого радиального подшипника, и первый дозирующий узел. Первый дозирующий узел обеспечивает регулирование потока смазки, проходящего из подшипниковой камеры к камере первого радиального подшипника. Первый дозирующий узел содержит расходомерную диафрагму. Изобретения направлены на поддержание оптимального уровня смазки подшипников. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Устройство для регулирования осевого усилия, предназначенное для использования в горизонтальной насосной установке, содержащее:

подшипниковую камеру, выполненную с возможностью содержания некоторого количества жидкостной смазки,

вал подшипниковой камеры,

упорный подшипник, содержащийся внутри подшипниковой камеры,

камеру первого радиального подшипника,

первый радиальный подшипник, содержащийся внутри камеры первого радиального подшипника, и

первый дозирующий узел, выполненный с возможностью регулирования потока смазки, проходящего из подшипниковой камеры к камере первого радиального подшипника, и содержащий расходомерную диафрагму, прикрепленную к валу подшипниковой камеры.

2. Устройство по п. 1, в котором расходомерная диафрагма первого дозирующего узла имеет наружную поверхность, при этом камера радиального подшипника имеет внутреннюю поверхность, причем диаметр наружной поверхности расходомерной диафрагмы меньше диаметра внутренней поверхности камеры радиального подшипника.

3. Устройство по п. 1, содержащее:

камеру второго радиального подшипника,

второй радиальный подшипник, содержащийся внутри камеры второго радиального подшипника, и

второй дозирующий узел, выполненный с возможностью регулирования потока смазки, проходящего из подшипниковой камеры к камере второго радиального подшипника.

4. Устройство по п. 3, в котором второй дозирующий узел содержит расходомерную диафрагму, присоединенную к камере второго радиального подшипника.

5. Устройство по п. 3, в котором второй дозирующий узел содержит расходомерную диафрагму, прикрепленную к валу подшипниковой камеры.

6. Устройство по п. 3, содержащее циркуляционную смазочную систему, которая содержит:

отверстие для впрыскивания смазки, соединенное с подшипниковой камерой,

отверстие для возврата смазки упорного подшипника, соединенное с подшипниковой камерой,

дренажный канал первого радиального подшипника, соединенный с камерой первого радиального подшипника, причем дренажный канал первого радиального подшипника содержит первое дренажное отверстие, и

дренажный канал второго радиального подшипника, соединенный с камерой второго радиального подшипника, причем дренажный канал второго радиального подшипника содержит второе дренажное отверстие.

7. Устройство по п. 6, в котором первый радиальный подшипник содержит внутреннее кольцо, наружное кольцо и шарики, расположенные между внутренним кольцом и наружным кольцом.

8. Устройство по п. 7, в котором циркуляционная смазочная система имеет первый уровень текучей среды внутри камеры первого радиального подшипника, причем первый уровень текучей среды меньше, чем приблизительно половина высоты самого нижнего шарика, расположенного внутри первого радиального подшипника.

9. Устройство по п. 6, в котором второй радиальный подшипник содержит внутреннее кольцо, наружное кольцо и шарики, расположенные между внутренним кольцом и наружным кольцом.

10. Устройство по п. 9, в котором циркуляционная смазочная система имеет второй уровень текучей среды внутри камеры второго радиального подшипника, причем второй уровень текучей среды меньше, чем приблизительно половина высоты самого нижнего шарика, расположенного внутри второго радиального подшипника.

11. Горизонтальная насосная установка, содержащая:

двигатель,

насос, приводимый в действие двигателем, и

устройство для регулирования осевого усилия, присоединенное между двигателем и насосом, причем устройство для регулирования осевого усилия содержит:

подшипниковую камеру, выполненную с возможностью содержания некоторого количества жидкостной смазки,

вал подшипниковой камеры,

упорный подшипник, содержащийся внутри подшипниковой камеры,

камеру первого радиального подшипника,

первый радиальный подшипник, содержащийся внутри камеры первого радиального подшипника, и

первый дозирующий узел, выполненный с возможностью регулирования потока смазки, проходящего из подшипниковой камеры к камере первого радиального подшипника, и содержащий расходомерную диафрагму, прикрепленную к валу подшипниковой камеры.

12. Установка по п. 11, в которой расходомерная диафрагма первого дозирующего узла имеет наружную поверхность, при этом камера радиального подшипника имеет внутреннюю поверхность, причем диаметр наружной поверхности расходомерной диафрагмы меньше диаметра внутренней поверхности камеры радиального подшипника.

13. Установка по п. 11, содержащая:

камеру второго радиального подшипника,

второй радиальный подшипник, содержащийся внутри камеры второго радиального подшипника, и

второй дозирующий узел, выполненный с возможностью регулирования потока смазки, проходящего из подшипниковой камеры к камере второго радиального подшипника.

14. Установка по п. 13, в которой второй дозирующий узел содержит расходомерную диафрагму.

15. Циркуляционная смазочная система, предназначенная для использования в устройстве для регулирования осевого усилия горизонтальной насосной установки, причем циркуляционная смазочная система содержит:

подшипниковую камеру, выполненную с возможностью содержания некоторого количества жидкостной смазки,

вал подшипниковой камеры,

упорный подшипник, расположенный внутри подшипниковой камеры,

камеру первого радиального подшипника, расположенную внутри устройства для регулирования осевого усилия,

первый радиальный подшипник, расположенный внутри камеры первого радиального подшипника, и

первый дозирующий узел, расположенный между подшипниковой камерой и камерой первого радиального подшипника, при этом первый дозирующий узел выполнен с возможностью регулирования потока жидкостной смазки, проходящего из подшипниковой камеры к камере первого радиального подшипника, и содержит расходомерную диафрагму, прикрепленную к валу подшипниковой камеры.

16. Система по п. 15, содержащая:

камеру второго радиального подшипника, расположенную внутри устройства для регулирования осевого усилия,

второй радиальный подшипник, расположенный внутри камеры второго радиального подшипника, и

второй дозирующий узел, расположенный между подшипниковой камерой и камерой второго радиального подшипника, причем второй дозирующий узел выполнен с возможностью регулирования потока жидкостной смазки, проходящего из подшипниковой камеры к камере второго радиального подшипника.

17. Система по п. 16, в которой второй дозирующий узел содержит расходомерную диафрагму.

18. Система по п. 17, в которой расходомерная диафрагма первого дозирующего узла имеет размер, отличный от размера расходомерной диафрагмы второго дозирующего узла.